影响水性氟碳乳胶涂料稳定性因素的研究
互联网 06-10-07 阅读数：
众所周知，由于氟碳树脂分子链中含有大量**高键能的 C — F 键，赋予以该树脂配制的涂料具有一般涂料无法相比的各种优异性能，从而也越来越受到人们的关注，并成为当今涂料工业的开发热点。
与目前市面上热销的溶剂型常温固化氟碳涂料相比，水性氟碳乳胶涂料是一种真正意义上的环境友好型产品。该涂料是以常规乳液聚合法制备的单组分聚合物乳液为粘结剂配制的水乳型涂料，当乳液中溶剂可溶物氟含量达到一定量时，涂料性能优异、施工简便、不含有机溶剂，真正实现了氟涂料的水性化。
为确保所研制的水性氟碳乳胶涂料获得高性能，**要对决定整个涂料性能的关键组分——水性氟乳液进行选择试验。试验发现日本大金公司的 SE 类氟乳液性能稳定、乳胶涂膜透明性好，聚合物乳液 T g 值高，溶剂可溶物氟含量高（可达 47% ），以它配制的涂料性能优异，经人工老化及天然曝晒（常州地区）发现其耐候性好；对比其它几种氟乳液或后乳化氟树脂乳液，由于它们溶剂可溶物氟含量低、乳液稳定性差或含有有机溶剂等，使涂料的性能，尤其是耐候性不理想而被弃用。但是，在决定采用 SE 类氟乳液作为粘结剂配制涂料时发现存在一定的技术难度和问题。与所有传统合成树脂乳胶涂料或低氟含量的氟碳乳胶涂料配制技术相比，由于 SE 类氟乳液聚合物的特殊性及溶剂可溶物氟含量高，使聚合物乳液显示出了极大的非极性和低表面张力，且乳液的 pH 值随贮存时间的增加而下降，致使乳液表现出与颜（填）料的润湿性、与成膜助剂的相容性及乳胶粒子吸附成膜助剂的能力、与增稠剂的相适用性均变差，导致涂料配制的难度加大，如配制不当，将使涂料稳定性下降，影响涂料的性能、贮存、生产及施工。
本文将从特定的水性氟碳乳胶涂料出发，探讨成膜助剂、分散剂、增稠剂对体系稳定性的影响，以期获得性能优异，贮存性好的涂料产品。
1 实 验
1.1 原 料
配制水性氟碳乳胶涂料所用的原料见表 1 。
表 1 所用的原料 组分名称 原料名称 生产单位 水性氟乳液 SE 类氟乳液 日本大金公司 成膜助剂 Texanol 伊斯曼公司 DOWANOL pph 陶氏化学 DBE 杜邦公司 DME 罗地亚公司 分散剂 BYK-154 和 BYK-190 BYK 公司 SN-5027 诺普科公司 H-34 科宁公司 增稠剂 TT-615 、 TT-935 、 ASE-60 、 RM-2020 和 RM-8W R&H 公司 R-430 海名斯公司 250 HBR 亚跨尤公司 UH-420 、 UH-450 和 UH-752 旭电化公司
1.2 涂料配制 1.2.1 涂料配制工艺 （ 1 ）在配料罐中加入水、分散剂等各种助剂，于搅拌下加入 pH 调节剂及颜（填）料，充分混合均匀后，将物料抽入砂磨机中研磨； （ 2 ）当浆料细度达到要求后，加入水性氟乳液，于搅拌下匀速滴加成膜助剂； （ 3 ）根据需要调色后，按涂料黏度要求加入增稠剂等； （ 4 ）当涂料黏度合格后，过滤、包装。
1.2.2 涂料稳定性
涂料稳定性主要观察“ 1.1 ”中不同助剂在涂料配制过程中产生凝聚物的程度、与颜（填）料的相容性、润湿状况、对涂料黏度调节效应、涂料的流动性、涂料贮存后的黏度变化情况、分水状况、结块（或破乳）状况等。采用分级方法进行评定。共分 5 级，其中 1 级为**好， 5 级**差。
2 结果与讨论
2.1 成膜助剂的影响
成膜助剂是一种“临时”增塑剂，用以降低聚合物乳液的 MFT 值，一旦乳胶粒子变型与成膜过程完成后，成膜助剂将从涂料中挥发，使聚合物 T g 值恢复到初始值。一种理想的成膜助剂必须是一种在水中的溶解度小、具有适宜的挥发速率、易于加入乳胶涂料中、与乳胶粒子有较好的相容性的高沸点强溶剂。只有这样，它才易于吸附在乳胶粒子上，使其表面软化而不影响体系稳定性；微弱的水溶性使它易为乳胶涂料组分中的分散剂、表面活性剂及保护胶所乳化而有利于体系黏度的提高，使涂料的贮存稳定性得以改善等。
基于上述原则，试验中**选用了两种常用于乳胶涂料中，被认为具有**佳成膜效果的 Texanol 和 pph 进行试验，考查其对 SE 类氟乳液各项性能影响，试验结果发现，它们极不适宜于本体系。随后又选择了沸点梯度组合恰当、能有效调节体系挥发速率，成膜效率更佳、对各种树脂均具非常好的相容性及溶解力的强溶剂 DBE 和 DME 进行试验。考查涂料配制时体系中凝聚物产生的程度、对涂料黏度调节效应、与体系的相容性好坏、降低 MFT 的效果和涂料贮存状况等。现将四种成膜助剂物理性质及试验结果分别列于表 1 和表 2 中。
表 1 成膜助剂的物理性质 项目 成膜助剂 Texanol DOWANOL pph DBE DME 化学名称 2,2,4- 三甲基 -1,3- 戊二酸单异丁酯 丙二醇苯醚 二元酸异丁酯混合物 二元酸二甲酯混合物 沸点 / ℃ 255~260.5 242.7 275~285 195~235 蒸气压（ 20 ℃ ） /mmHg 0.013 0.1( 25 ℃ ) 0.01 0.06 挥发性 E/ （ kJ?mol -1 ） 48.9 挥发速率（醋酸丁酯 =1 ） 0.002 0.01 ＜ 0.01 可溶性 * 在水中 不溶 1.1 ＜ 0.1( 25 ℃ ) 5.7 水在其中 0.9 2.4 0.6( 25 ℃ ) 3.44
* ：在 20 ℃ 条件下的质量分数。 表 2 成膜助剂对稳定性的影响 项目 成膜助剂 Texanol DOWANOL pph DBE DME 产生凝聚物程度 5 5 1 2 黏度调节效应 5 5 1 1 与体系相容性 5 5 1 2 降低 MFT 效果 4 4 1 1 涂料贮存状况 5 5 2 2
由表 2 可见，尽管所选四种成膜助剂在物理性质上仅存在较小差异，但在实际应用中发现其效果大不相同。 Texanol 和 DOWANOL pph 与体系相容性极差。表现在涂料制备时，加入它们使乳液破乳而产生大量凝聚物；涂料短期贮存，严重分层，并难以搅拌均匀。 DBE 与 DME 相比， DBE 更适宜于本体系。它能有效降低聚合物乳液的 MFT ；与体系相容性好；在涂料配制时很少产生凝聚物；在增稠剂选择合理前提下， DBE 对体系黏度的调节能力优于 DME ；涂料贮存后外观好，流动优。
3.2 分散剂的影响
在乳胶涂料制备中，由于作为粘结剂的乳液不能在颜（填）料浆的制备中作为展色剂，因此，为解决颜（填）料的分散必须使用分散剂。
分散剂属于表面活性剂，其作用常以它对颜（填）料的分散作用、润湿作用和稳定作用进行评价。一种好的分散剂可使颜（填）料处于**佳分散状态，使涂料获得**佳外观、遮盖力、光泽、耐水性以及提高涂料的贮存稳定性。
试验中选用 BYK-154 、 BYK-190 、 SN-5027 、 H-34 四种分散剂进行对比试验，考查分散剂对颜（填）料分散润湿状况、对黏度调节效应及涂料贮存状况等。试验结果见表 3 。
由表 3 可见，在相同配方条件下， BYK-154 对体系黏度调节能力差，导致涂料黏度低，贮存后严重分水，外观差；又由于其对颜（填）料的分散润湿性欠佳，在彩色涂料配制时，浮色严重、涂膜光泽下降。其余 3 种分散剂均表现出较优的各项性能。
3.3 增稠剂的影响
众所周知，在乳胶涂料配制中，作为黏结剂的聚合物乳液的非均相性质决定了乳胶涂料的黏度都比较低，如不对作为连续相的水相进行增稠，使其达到一定黏度，乳胶涂料将不具备所需的各项实用性能，如施工性、流平性和稳定性。对增稠剂的要求是在不影响涂膜耐水性前提下，增稠效果好且用量越少越好。增稠剂是确保涂料贮存稳定性的关键组分。
试验中发现，以 SE 类氟乳液配制的水性氟碳乳胶涂料黏度低，难增稠。为此，在试验中选用了 10 种不同类型的增稠剂进行条件试验。以期获得**佳的稳定体系。试验结果见表 4 。
3 分散剂对稳定性的影响
4增稠剂对稳定性的影响
凡采用 ASE 型、 HASE 型增稠剂，虽然能有效提高涂料黏度，但在涂料贮存后黏度增加快，流动性变差，涂料结块、破乳。此现象可能与体系 pH 有关；因为在试验中发现：所用 SE 类氟乳液随贮存时间加长， pH 值有下降趋势；配制涂料时，无论用什么类型 pH 调节剂，体系 pH 值均会随时间加长而下降。 HEC 类增稠剂对体系黏度调节效果不佳，贮存后涂料分水严重。非离子聚氨酯缔和型增稠剂（ HEUR ）**适合于本体系，尽管涂料贮存后有不同程度分水，但是涂料无结块、不破乳，搅拌后呈均匀状态，流动性优；各种 HEUR 在对黏度调节效应上各有不同，可以通过相互搭配，控制体系黏度大小达到理想的稳定体系。
3 结 语
为保证 SE 类水性氟碳乳胶涂料稳定性，涂料配制时必须对主要助剂进行选择试验。
（ 1 ）选择得当的成膜助剂除可以降低聚合物乳液的 MFT 外，还可以解决与体系的相容性、产生较好的黏度调节效应提高涂料的贮存稳定性；
（ 2 ）一种好的分散剂除能在涂料制备中起分散润湿作用外，还能对体系起到较好的稳定作用；
（ 3 ） 当成膜助剂和分散剂均选择得当后，增稠剂的选择是确保涂料贮存稳定性的关键组分。试验证明： HEUR 类增稠剂**适合于本体系；为保证涂料开罐效果、流动性，各种 HEUR 品种搭配及控制体系黏度大小是保证稳定的主要因素。